尚湖原水pH异常原因分析及应对

Analysis and solution of abnormal PH in Shang Lake
DI Chun － hua，SHI Xue － feng （ Changshu Sino － French Water Supply CO． Ltd． ，Changshu，Jiangsu 215500 ，China） ［ Abstract］ Objective： To find out the reasons of abnormal pH value of raw water in Shang lake， and to deal with them by proper measures． Methods： Based on the field investigation，the relation of pH value with climate，dissolved oxygen，total hardness， total alkalinity，the number of algae of Shang Lake during 2007 and 2008 were analyzed． Results： In the east areas of Shang Lake，the strong photosynthesis of multiplying submerged plants led raw water pH value to increase abnormally， and restrained the growth of algaes． Conclusion： The multiplying of submerged plants purified the raw water quality． In water plant，the raw water pH value was adjusted to normal level by adding hydrochloric acid，to make sure the safety of drinking water． ［ Key words］ Raw water pH； Photosynthesis； Hydrochloric acid； Drinking Water Security 尚湖地处虞山南麓， 现有有效水面积约 11000 亩， 总库容 量约 1100 万立方米， 平均水深 1． 78 米， 最深处 3． 7 米， 属封闭 型湖泊。1992 年成为第二水厂的水源 ， 至今已有 19 年。 早期 2000 年以来受到补水质量、 尚湖水质优良， 围网养殖、 旅游业 的发展等各种因素的影响 ， 水体逐步富营养化， 藻类数量逐年 ， 《 （ GB 增加 个别时段少数指标会超过 地表水环境质量标准 》 3838 － 2002 ） Ⅲ标准。 2008 年 4 月下旬， 我们在对尚湖原水水质的常规检测中 ， 发现其 pH 有升高的趋势。4 月 28 日达到 8． 51 ， 逼近历史最 高值（ 8． 69 ） ； 4 月 29 日突然大幅升高， 达到 9． 02 ， 超过了《地 表水环境质量标准》 的限值。 1 调查分析 到 9． 68 （ 8 月中旬） ， 直至 10 月中旬才回落至 8． 5 以下。 市环 境监测站的在线监测数据也得到了类似的 pH 值变化规律。 2008 年常熟市 6 月 11 日入 据常熟市气象局统计资料 ， 梅， 梅雨期 26 天， 与显示 pH 值低谷时段相当。 1． 2 pH 与溶解氧（ DO） 研究表明， 湖泊中植物的光合作用会导致水体的 pH 值和
3 实验数据表明， 以盐酸投加量 40 mg / L（ 即 40 kg / km ） 计， 其由投加盐酸所引入的有害物质量远低于限值 ， 加上盐酸的
实际投加量低于 40 mg / L， 说明通过投加的盐酸调节 pH 值是 安全的。 2． 3 投加成本测算 投加盐酸势必要增加生产成本 ， 我们对此进行了估算。 pH 9． 26 7． 8 ～ 8． 2 将 为 的原水调节到 之间， 每升水需投 1% 盐酸 1． 5 ml ～ 1． 8 ml。 以投加量 1． 8 ml 计， 折合到 31% 工业 3 合成盐酸的投加量约为 20 kg / km ； 若工业合成盐酸的价格为
同时出厂水应控制在弱碱性的因素 （ pH = 7． 5 左右 ） 。 通过实 验我们认为宜将加酸后的原水 pH 值控制在 7． 8 ～ 8． 2 之间， 可以保证出厂水水质达标 。 2． 2 盐酸安全性评价 由于投加盐酸可能会在饮用水中引入有害物质 ， 我们依 《生活饮用水化学试剂卫生安全评价规范 》 ， 据 对所采购的工 （ 《工业合成盐酸 》 GB 320 － 2006 ） 进行了安全评 业合成盐酸 价。
图3
三类碳酸的比例变化曲线
从图 3 可以看出， 当湖水 pH 值在 7． 5 ～ 9． 0 之间时， 重碳 游离碳酸和碳酸盐含量极低 ， 这与我们的实 酸盐占 93% 以上， 即总碱度主要为重碳酸盐碱度 。 际测定结果相符， 尚湖湖东区域水深较浅 ， 湖西水较深， 湖内生长有较多的 苦草、 菹草等多年生沉水植物 。 据资料介绍， 菹草在秋季发 4 月 － 5 月开花结果， 6 月后逐渐衰退腐烂； 苦草 芽， 冬春生长， 8 月开花， 9 月结果， 生长期稍晚， 秋季衰退腐烂。 现场调查发 2008 年湖东区域水体清澈， 浊度较低， 菹草、 苦草的长势十 现， 9 月份大量的苦草露出水 分旺盛， 跟往年大不相同； 至 8 月、 面， 开花结果。 水草能够生长得如此的茂盛 ， 其光合作用强度势必大大
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强于往年。由于水中没有足够的游离二氧化碳 ， 只能从碳酸 氢根中夺取二氧化碳， 使方程式（ 2 ） 向右移动， 释放出氢氧根， 导致 pH 升高， 总碱度下降； 随着 pH 值的升高， 碳酸根的比例 ， 与水中钙、 镁等阳离子形成沉淀［ 方程式（ 3 ） ］ 总 在逐步增加， “生物脱钙作用” 。 硬度也随之下降， 这就是 HCO3－ + H2 OH2 CO3 + OH － ……（ 2 ）
调节原水 pH 工艺试验 在同一原水 （ pH = 9． 26 ） 中投加不同量的 1% 盐酸， 再对 加酸后的原水中加入 15 mg / L 的 PAC 进行常规烧杯搅拌试 验， 对沉淀水通过 0． 45 μm 滤膜过滤后， 测定其铝残余量。 考虑到原水加二氧化氯 、 氯及 PAC 也会降低水的 pH 值，
2008 年尚湖原水的 pH 值与藻类数量呈负 但是图 2 显示， 藻类数量平均为 220 万个 / L， 仅为 2007 相关。以 8 月份为例， 年同期十分之一， 但是 pH 值平均为 9． 33 ， 远超 2007 年同期的 8． 04 。 这说明藻类数量对 pH 值的影响可以忽略不计 ， 可能是 其他的水生植物的光合作用促使尚湖原水 pH 异常升高。
［ 作者简介］ 狄春华 （ 1969 － ） ， 男， 大学， 高级工程师， 主要从事 水质检测和水质管理工作 。
中国卫生检验杂志 2011 年 10 月 第 21 卷 第 10 期
Chinese Journal of Health Laboratory Technology，Oct 2011 ； Vol 21
+ － C2 + CO2 = C a CO3 ↓……（ 3 ） a 3
1． 5． 2
图1 2007 年尚湖原水 pH 值与藻类数量
苦草抑制了湖东区域蓝藻 （ 微囊藻） 的水华。 2008 年夏天， 尚湖湖西到湖东约 500 米范围内都发生蓝 藻水华， 微囊藻占 90% 以上； 湖东其余区域水质清澈 ， 特别是 取水口附近藻类数量降至历史最低 （ 不足 100 万个 / L ） ， 而且 绿藻为主， 形成了鲜明的对比。 藻类以隐藻、 经分析， 我们认为是由于湖东地区沉水植物苦草的大量 生长， 形成了天然的屏障， 阻止了微囊藻的向东迁移 ， 同时苦 ［4 ］ 草对微囊藻的生长产生了抑制作用 。疯长的苦草等沉水植 物不仅占用了大量的营养物质 ， 还释放出大量的化感物质抑
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中国卫生检验杂志 2011 年 10 月 第 21 卷 第 10 期
Chinese Journal of Health Laboratory Technology，Oct 2011 ； Vol 21
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【调查报告】
尚湖原水 pH 异常原因分析及应对
狄春华， 施学峰
（ 常熟中法水务有限公司 ， 江苏常熟 215500 ） ［ 摘要］ 目的： 调查研究尚湖原水 pH 异常原因， 采取相应的措施予以应对 。方法：分析 2007 年 － 2008 年期间尚湖原水 pH 值与气候、 溶解氧、 总硬度、 总碱度以及藻类之间关系 ， 并结合现场调查。 结果： 尚湖东部水域沉水植物大量繁殖 ， 强 烈的光合作用导致取水口原水 pH 值异常升高， 并抑制了藻类的生长。结论：沉水植物大量繁殖有利于净化原水水质 ， 在 水厂投加盐酸可以将原水 pH 调节到适当的范围， 确保饮用水安全。 ［ 关键词］ 原水 pH 值； 光合作用； 盐酸； 饮用水安全 ［ ［ 中图分类号］ R123． 1 文献标识码］ B ［ 文章编号］ 1004 － 8685 （ 2011 ） 10 － 2532 － 03
苦草等沉水植物异常茂盛破坏了湖水的碳酸平衡 ， 致 使 pH 值异常升高。 尚湖是一个封闭性湖泊 ， 无外来的工业污染， 湖泊中碳酸
2． 1
的平衡决定着湖水 pH 值的变化。 碳酸在水中以三类不同的 化合形态存在： 游离碳酸或游离二氧化碳 、 碳酸氢根、 碳酸根。 各种碳酸平衡可以用方程式 （ 1 ） 表示： － ［3 ］ CO2 + H2 OH2 CO3 H + + HCO3－ 2H + + CO2 3 …… （ 1 ） 经过计算可以得到如下曲线图 ：
2 ］ DO 升高［1， 。对此， 我们比较了 pH 值与 DO 关系： 4 月 － 9 月 正是湖泊水生植物生长旺盛期 ， 在此期间 DO 与 pH 值正相关，
饱和度保持 90% 以上， 甚至出现过饱和。 同时数据表明尚湖 原水 pH 和溶解氧均是白天升高 ， 夜间降低， 这与植物的白天 进行光合作用， 晚上进行呼吸作用的规律相吻合 。 1． 3 pH 与总硬度、 总碱度 在检测中， 我们发现 2008 年尚湖原水总硬度和总碱度呈 正相关， 但均与 pH 值呈负相关， 即原水 pH 值升高， 总硬度和 总碱度随之下降， 反之则升高。 1． 4 pH 与藻类 藻类的生长也要进行光合作用 ， 如果藻类数量大幅增加 ， 也会导致 pH 值升高， 于是我们又研究了近二年尚湖取水口原 水 pH 值与藻类数量之间的关系 。 从图 1 可以看出， 自 2007 年 4 月份开始尚湖原水的 pH 值 pH 值随之升高， 随着藻类数量的增加， 与藻类数量呈正相关， 反之下降， 说明藻类的生长确实会使 pH 值升高， 但是 pH 值变 化幅度不大。
从而抑制了湖东地区藻类的生长 。 制了藻类的光合作用， 而在湖西地区由于水比较深 ， 沉水植物得不到足够的光 加上微囊藻形成水华后减少了光照强度 ， 其释放的化感物 照， ， 质抑制了对苦草的光合作用 所以藻类成为优势品种 。 2
图2 2008 年尚湖原水 pH 值与藻类数量
对策
1． 5 1． 5． 1
在发现尚湖原水 pH 值异常的初期， 曾怀疑是否有外源性 的污染， 但是经过现场调查， 排除了这种可能性。 随着检测数 我们发现了一些变化规律 ， 现分析如下： 据的积累， 1． 1 pH 的变化情况 我们通过分析 2008 年尚湖原水 pH 值实验室自检数据和 市环境监测站在线监测数据发现 ： 4 月底尚湖 pH 值突然升 6 月中旬回落至 8． 5 以下； 7 月上旬开始一路上升， 高， 最高达
综合分析
原水 pH 值过高， 不仅影响到混凝沉淀效果 ， 导致出厂水 铝残余量超标（ ＞ 0． 20 mg / L） ， 还会影响到消毒效果和消毒副 产物的生成量。研究表明， 三氯甲烷等氯化消毒副产物在中
［5 ］ 性和碱性条件下的生成量比酸性条件下高 。 必须采取安 全、 可靠的办法来调节原水 pH 值， 最简单的办法就是加酸 。